Understanding polyethylene surface functionalization by an atmospheric He/O2 plasma through combined experiments and simulations - Sorbonne Université Access content directly
Journal Articles Journal of Physics D: Applied Physics Year : 2014

Understanding polyethylene surface functionalization by an atmospheric He/O2 plasma through combined experiments and simulations

Comprendre la fonctionnalisation de la surface du polyéthylène par un plasma atmosphérique He/O2 grâce à des expériences et des simulations combinées

Abstract

High density polyethylene surfaces were exposed to the atmospheric post-discharge of a radiofrequency plasma torch supplied in helium and oxygen. Dynamic water contact angle measurements were performed to evaluate changes in surface hydrophilicity and angle resolved x-ray photoelectron spectroscopy was carried out to identify the functional groups responsible for wettability changes and to study their subsurface depth profiles, up to 9 nm in depth. The reactions leading to the formation of C–O, C=O and O–C=O groups were simulated by molecular dynamics. These simulations demonstrate that impinging oxygen atoms do not react immediately upon impact but rather remain at or close to the surface before eventually reacting. The simulations also explain the release of gaseous species in the ambient environment as well as the ejection of low molecular weight oxidized materials from the surface.
Des surfaces de polyéthylène haute densité ont été exposées à la post-décharge atmosphérique d'une torche à plasma radiofréquence alimentée en hélium et en oxygène. Des mesures dynamiques de l'angle de contact avec l'eau ont été effectuées pour évaluer les changements dans l'hydrophilie de la surface et la spectroscopie photoélectronique à rayons X résolue en angle a été réalisée pour identifier les groupes fonctionnels responsables des changements de mouillabilité et pour étudier leurs profils de profondeur sous la surface, jusqu'à 9 nm de profondeur. Les réactions conduisant à la formation des groupes C-O, C=O et O-C=O ont été simulées par dynamique moléculaire. Ces simulations démontrent que les atomes d'oxygène ne réagissent pas immédiatement à l'impact mais restent plutôt à la surface ou à proximité de celle-ci avant de réagir. Les simulations expliquent également la libération d'espèces gazeuses dans l'environnement ambiant ainsi que l'éjection de matériaux oxydés de faible poids moléculaire de la surface.
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Cite

Thierry Dufour, Johan Minnebo, Sami Abou Rich, E.C. Neyts, A Bogaerts, et al.. Understanding polyethylene surface functionalization by an atmospheric He/O2 plasma through combined experiments and simulations. Journal of Physics D: Applied Physics, 2014, 47 (22), 224007 (12 pp). ⟨10.1088/0022-3727/47/22/224007⟩. ⟨hal-01303181v2⟩
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